光电探测器偏置电路.ppt

1、4.2半导体光检测器的偏置电路、偏置：对检测器施加一定的偏置电流和偏置电压，使检测器在电气状态下正常工作，可以输出光信号。 目的提取光电信号。 偏置电路的设置修订根据：解老虎钳的伏安图特性与晶体管的电源接通和偏置电路选择了正确的工作点时相似。 4.2.1光波导检测器(PC )偏置电路4.2.2半导体光检测器(PV )的偏置电路，主要内容、检测器的伏安图特性分为、可变电阻型、光电动势型、定电流型三种，另外一方面，基本偏置电路的分析、偏置电流：向探针照射光，其电阻值变化为RS RL :偏置电阻，输出点a的直流电压：信号电压：分析： a)VS与VB的关系VBVS过大，电功耗Pm破坏了去老虎钳，例如：

2、化学沉淀PbS的最大电功耗Pm为0.2瓦平方分米，在使用时低于比。 RS为电阻单位，VBmax为v单位，b)VS和RL的关系，上式=0时，极大值：此时被称为功率匹配，信号电压为最大。 c )在最佳偏置条件的决定、偏置电流Il一定条件下，从上式可知RlVs。 但是，实际上当被负载电阻RL欺骗时，为了保持一定的Il，选择VB、2、光波导检测器3种特殊的偏置方式及其特征分析、1.3种常用偏置方式之一)恒流偏置、RLRs，与Rs无关。 也就是说，动作中流经检测器的电流是恒流。 另外，选择RL Rs，探针上的偏压与Rs无关基本一定。 2 )恒压偏置在探针中流动的偏置电流不是一定的，根据Rs而变化。 3

3、)恒定功率偏置(匹配偏置)，此时，与RL=Rs、探针上的偏置功率：前面的2种偏置相比，在Rs变化时探针上的偏置功率的变化最小。 实际上，虽然大多选择Rs的平均值，但由于该偏置功率不怎么变化，所以命名为定功率偏置。 2.3种偏压的情况下的比较，从得到的响应度来考虑，恒流偏压优于匹配偏压，匹配偏压优于恒压偏压。 由于恒流偏压通常需要较高的偏压源，因此在实用上采用匹配偏压可以得到相当于恒流偏压的响应度。 2 .根据3种偏置情况下的比较、放大器输出的信噪比，上述3种偏置状态的偏置电流相等时：探针侧器和放大器系统的噪声以探针的非热噪声为主，输出的S/N与偏置状态无关的系统以检测器的热噪声为主时，恒流偏置

4、、4.2.2半导体光检测器偏置、一、PV去老虎钳的静态工作点的确定、二、半导体光检测器的等效电路、三、PV去老虎钳的静态工作状态的设定修正、逆偏置下的光伏型检测电路的静态修正运算、四、PV去老虎钳的动态工作状态的设定修正探针也能使用。 2 )逆偏压：在第三象限工作，多用于检测。 另外，PV解老虎钳零偏置时的1/f噪声变得最小，可以得到高的S/N。1.pv去老虎钳静态工作点的确定、直流负载线方程式：交流负载线方程式：二、半导体光检测器的等效电路、1 .直流等效电路工作直流状态时流过检测器的电流ID :光产生电流Iph； 暗电流Id (包括结电流Id1和结表面漏电电流Id2 )、光电电流结电流漏电

5、电流在检测器中流动的电流、2 .交流等效电路、光子流速度的微变化引起的电流变化：交流光电电流动态电导、连接前放出的交流等效电路、随时间缓慢变化的光信号的光谱分布处于低频，通常延伸至零频率对应的检测电路多采用直流检测型和调制检测型。 在直流检测型的输入电路中，主要的设定修正动作是电路静态动作点的修正运算。 3.PV去老虎钳的静态动作状态的设定修正、(1)逆偏压下的光电三极管的偏压电路解析和修正1 .图解修正算法基本回路、TN线的确定： I0时，V=Vb(N点)； 把V=0(T点)，NT的连接称为负载线，根据与电压轴形成的角度决定负载电阻RL。 由于串联电路中流过的多个元件的电流相等，所以负载线与

6、其伏安图特性曲线的升交点q成为输入电路的静态动作点。 当输入光束从0变化时，在负载电阻中产生v电压输出和IQ的电流信号输出。 使用图解法可以定性地求出电路残奥仪表RL和Vb对输出信号的影响。 可以看出，在：中，信号电压随着Rb的增大而增加，并且超过m点而产生失真。 m、云同步和Vb一起线性地改进。 但是，电功耗变大，过大的Vb引起PD的逆破坏。 利用图解法确定输入电路的RL和Vb时，应根据输入光束的变化范围和输出信号的宽度要求，使负载线比弯曲部m稍高，保证Vb在最高工作电压Vmax以下。 例：用2DU测量徐变辐射通量。 已知2DU的电流灵敏度在测光范围内最大辐射通量100W、伏安图特性曲线的拐

7、点电压VM=10V、电源电压Vb=15V。 必须在路线上创建线性区域。 求出： (1)输出电压最大时的Rbmax=？ (2)辐射通量变化10W时的输出电压的变化量。 (1)2du在线性区域中操作，为了确保Rb最大，过拐点成为负载线，可以利用以下的残奥仪表来确定(3) 3360，(2)输出电压：线性化伏安图特性： a .拐点电压，b .初始电导G0 :非线性部分的直线的初期c .接合间漏电电导g :线性作业区间内的平行直线的平均梯度。 在已知d .光电灵敏度s、2 .解析法、输入光束的变化范围minmax的条件下，使用解析法校正输入电路的动作状态时，按照以下的步骤。 1 )确定线性操作区域，在拐

8、点m处确定线性操作区域，并且根据对应的拐点电压或初始电导值G0处的几何关系来确定。 在MV0中，修正，2 )偏置电阻Rb，偏置电压Vb。 为了保证最大线性输出条件，负载线与max对应的伏安图的升交点不能低于m点。 设G0V0=Gb(Vb-V0)、负载线拐点m点，则可以从图中得到，在、Vb为已知的情况下：Rb为已知的情况下：3 )计算输出电压宽度，根据h点：m点：上式，输出电压宽度与s成比例，结间漏电导g (4)由校正输出电流幅度的格拉夫可知，通常Gb G，上式为I=S，5 )校正输出功率，(2)光电动势型检测电路的静态校正运算，Id :简化为与温度有关的二极管结的已知、Voc时，另一个Voc，

9、1 .没有偏差的光电池对给定的0选择RL使得可以按负载线和光电池的对应伏安图的升交点确定工作点。 这一点的IQ和VQ为RL上的输出值。 如从图中可见，对应于相同=12，在RL RLS的情况下，呈现非线性，并且在检测电路中通常需要线性。 校正临界电阻RLS，根据给出的max计算VOC。 取、与s点相交，得到临界负载RLS，也就是临界电阻RLS上的Vmax，如果得到，则：线性域操作与ISC良好，因为1 )要求电流放大器： RL和后级放大器的输入阻抗尽可能小并且在电流轴上最大化负载线电压放大器：在保持良好线性的同时存在最大电压输出，如果负载线可以接近临界负载线，那么输出电压为：而在RL RLS时非线

10、性区域3360，输入电路处于非线性区域。此时，v与的对数成比例，除了在光电流较小的范围内存在较窄的线性区域。 对于较小的，开始的信号电压的输出幅度大。 这在检测弱信号方面特别有利。 例：光电池的照度为100lx时，开路电压为VOC=180mV，ISC=80A，从50lx增加到200lx时，求出了确保线性输出所需的最佳负载电阻值和输出电压变化量。 解： (1)补正200lx下的开路电压，(2)补正线性区域内的光电池的电流响应度，(3)补正无偏压时的最佳电阻和输出电压变化量，(4)、PV解老虎钳的动态工作状态设定补正交变光信号指的是急速变化或各类的调制光信号。 在分析交替光信号检测电路进行设定修正

11、时，需要考虑1 .决定检测电路的动态动作点的问题点。 2 .确定光信号的频率没有失真的动力响应。 3 .满足信号频率要求处的信噪比。 在输入电路的动态工作点的校正交变电路中，首先制作直流工作点，得到最大的输出。 另一方面，输入电路和后续电路通常以各种方式耦合，如电阻连接。 后续电路的等效输入阻抗与输入的直流负载电阻并联构成交流负载。 这是在设定修正分析输入电路时，与上述静态动作点修正运算不同的主要不同之一。 如图所示，光电三极管交流检测电路是逆偏压PD的交替光检测基本回路。 1 )当已知偏置电压Vb和照度e时，纠正负载电阻RL为了获得最大功率和线性电压的输出应该采取多少。 入射照度变化：照度变化范围为：在信号频带范围内，可以认为耦合电容c短路。 等效交流负载电阻：交流负载线假定为MN，超过m点，斜率由RL/Rb决定。 当交流负载线与照度E=E0所对应的伏安图特性与q点相交时，过q点的斜率为Gb的直线成为直流负载线。 为了利用解老虎钳的线性区间，对应的负载线必须穿过特性曲线的拐点m。 2 )对RL上的输出功率PL和电压值Vm进行校正，交流负载上的输出功率为：Vm、Im是与Em对应的振幅，负载电阻RL上的输出功率，Vm是RL上的电压值。 在MHQ中，交流负载线的斜率为：从图中的几何关系得到：的：对GL求